Υψηλής ποιότητας νανοκύβοι Fe4[Fe(CN)6]3 Προετοιμασία: Ως υλικό καθόδου για υδατική μπαταρία ιόντων νατρίου
WANG Wu-Lian. Νανοκύβοι Fe4[Fe(CN)6]3 υψηλής ποιότητας: Σύνθεση και ηλεκτροχημική απόδοση ως υλικό καθόδου για υδατική μπαταρία ιόντων νατρίου. Journal of Inorganic Materials[J], 2019, 34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076
Νανοκύβοι υψηλής ποιότητας Fe4[Fe(CN)6]3 (HQ-FeHCF) συντέθηκαν με μια απλή υδροθερμική μέθοδο. Χαρακτηρίζεται η δομή, η μορφολογία και η περιεκτικότητά του σε νερό. Το Fe4[Fe(CN)6]3 παρουσιάζει κανονικό κυβικό σχήμα με ομοιόμορφο μέγεθος περίπου. 500 nm, που ανήκει στην προσωποκεντρική κυβική φάση. Το Fe4[Fe(CN)6]3 δείχνει χωρητικότητες εκφόρτισης 124, 118, 105, 94, 83, 74 και 64 mAh·g -1 σε 1C, 2C, 5C, 10C, 20C, 30C και 40C Nate σε ηλεκτρικό ρυθμό 28C, αντίστοιχα 2Ο-Πολυαιθυλενογλυκόλη. Η διατήρηση της χωρητικότητάς του παραμένει 100 τοις εκατό μετά από 500 κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης με ρυθμό 5C. Κατασκευάστηκε η πλήρης μπαταρία με Fe4[Fe(CN)6]3 ως κάθοδο και NaTi2(PO4)3 ως άνοδο, η οποία αποδίδει ειδική ενεργειακή πυκνότητα 126 Wh·kg -1 (βάσει των ενεργών υλικών του ηλεκτροδίου) με τάση εξόδου 1,9 V. Επιπλέον, η αρχική της ικανότητα εκφόρτισης 92 τοις εκατό μετά την εκφόρτιση 04 τοις εκατό 5C και η απόδοσή του Coulomb είναι κοντά στο 100 τοις εκατό.
Προετοιμασία υλικών ηλεκτροδίων
Χρησιμοποιώντας Na4Fe(CN)6 ως μοναδική πηγή σιδήρου, συντέθηκαν νανοϋλικά υψηλής ποιότητας Fe4[Fe(CN)6]3(HQ-FeHCF) με μια απλή υδροθερμική μέθοδο. Επιπλέον, τα νανοϋλικά χαμηλής ποιότητας Fe4[Fe(CN)6]3(LQ-FeHCF) συντέθηκαν με παραδοσιακές μεθόδους για σύγκριση και μελετήθηκαν η δομή, η μορφολογία και οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες των HQ-FeHCF και LQ-FeHCF. Τέλος, χρησιμοποιώντας HQ-FeHCF ως θετικό ηλεκτρόδιο, NaTi2(PO4)3 ως αρνητικό ηλεκτρόδιο και NaClO4-H2O-πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG) ως ηλεκτρολύτη, συναρμολογήθηκε μια υδατική μπαταρία γεμάτη ιόντα νατρίου.
Παρασκευή HQ-FeHCF και LQ-FeHCF
Σε θερμοκρασία δωματίου, 4 g πολυβινυλοπυρρολιδόνης Κ-30 (PVP) και 0.126 g δεκαένυδρου σιδηροκυανιούχου νατρίου προστέθηκαν σε 50 mL υδατικού υδροχλωρικού οξέος σε ρΗ=0.8, αναδεύτηκαν για 1 ώρα και το διάλυμα έγινε κίτρινο όταν διαλύθηκε πλήρως. Στη συνέχεια, το ομοιόμορφα αναδευόμενο διάλυμα τοποθετήθηκε σε φούρνο στους 80 βαθμούς για 12 ώρες. Το διάλυμα που ψύχθηκε σε θερμοκρασία δωματίου φυγοκεντρήθηκε για να ληφθεί ένα ίζημα και πλύθηκε με απιονισμένο νερό. Μετά από επανάληψη 4 φορές, το δείγμα HQ-FeHCF ελήφθη με ξήρανση σε φούρνο στους 80 βαθμούς για 8 ώρες.
Προσθέστε 2,7 g εξαένυδρου χλωριούχου σιδήρου και 3,6 g δεκαένυδρου σιδηροκυανιούχου νατρίου σε 100 mL απιονισμένου νερού, αντίστοιχα. Ανακατεύουμε στους 60 βαθμούς μέχρι να διαλυθούν τελείως τα δύο διαλύματα. Στη συνέχεια, διάλυμα εξαένυδρου άλατος χλωριούχου σιδήρου προστέθηκε σε διάλυμα δεκαένυδρου άλατος σιδηροκυανιούχου νατρίου για τη δημιουργία μεγάλης ποσότητας σκούρου μπλε ιζήματος. Μετά από επώαση στους 60 βαθμούς για 1 ώρα, το διάλυμα φυγοκεντρήθηκε για να ληφθεί ένα ίζημα, το οποίο πλύθηκε με απιονισμένο νερό τέσσερις φορές και στη συνέχεια ξηράνθηκε σε φούρνο στους 80 βαθμούς για 8 ώρες για να ληφθεί το δείγμα LQ-FeHCF.
Τα παρασκευασμένα υλικά ηλεκτροδίων αναμίχθηκαν σύμφωνα με την αναλογία m (ενεργό υλικό): m (μαύρο ασετυλένιο): m (φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF)){{0}}:15:10. Προσθέστε κατάλληλη ποσότητα Ν-μεθυλοπυρρολιδόνης (NMP) και αναδεύστε για 8 ώρες και στη συνέχεια απλώστε τον ομοιόμορφα αναδευόμενο πολτό σε ένα κυκλικό πλέγμα τιτανίου με διάμετρο περίπου 1,3 cm. Στεγνώστε το σε φούρνο στους 80 βαθμούς για 12 ώρες και στη συνέχεια πιέστε το σε ένα λεπτό φύλλο με μια πρέσα ταμπλετών υπό πίεση 10 MPa για να φτιάξετε ένα ηλεκτρόδιο εργασίας. Ένα σύστημα τριών ηλεκτροδίων συναρμολογήθηκε χρησιμοποιώντας σύρμα πλατίνας ως αντίθετο ηλεκτρόδιο και χλωριούχο άργυρο ως ηλεκτρόδιο αναφοράς. Η πλατφόρμα φόρτισης-εκφόρτισης, η απόδοση του ρυθμού και η σταθερότητα του κύκλου του HQ-FeHCF δοκιμάστηκαν. Ως θετικό ηλεκτρόδιο χρησιμοποιήθηκε φύλλο ηλεκτροδίου HQ-FeHCF με διάμετρο 1,3 cm (φόρτωση ενεργού υλικού 1,14 mg). Το φύλλο ηλεκτροδίου NaTi2(PO4)3 χρησιμοποιήθηκε ως αρνητικό ηλεκτρόδιο (η φόρτωση του ενεργού υλικού ήταν 2,73 mg). Σχηματίστηκε μια πλήρης μπαταρία για δοκιμή απόδοσης φόρτισης-εκφόρτισης σταθερού ρεύματος και το εύρος τάσης φόρτισης-εκφόρτισης σταθερού ρεύματος του συστήματος μπαταρίας ήταν 0–2 V. Η χωρητικότητα εκφόρτισης ηλεκτροδίου και η πυκνότητα ενέργειας της μπαταρίας υπολογίζονται μόνο με βάση τη μάζα του ενεργού υλικού. Ο ηλεκτρολύτης χρησιμοποιεί σύστημα NaClO4 συν H2O συν πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG).
Μάθετε περισσότερα για τα υλικά μπαταριών ιόντων νατρίου απόTOB NEW ENERGY.
